电容式压力传感器及其制备方法、压力测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电容式压力传感器，适用于传感器领域，包括衬底和盖板，衬底包括顶层、底层和绝缘层，底层的下表面上开设有凹槽，盖板罩盖凹槽，以使凹槽形成真空空腔，以及，使凹槽的槽底形成压敏薄膜，顶层上开设有可动叉指电容和固定叉指电容，其相互交错等距离排列，可动叉指电容通过位于其正下方的绝缘层贴合压敏薄膜，固定叉指电容正下方的绝缘层悬空位于底层和固定叉指电容之间。本发明专利技术实施例还公开了一种电容式压力传感器的制备方法、压力测量装置，当压敏薄膜受力发生形变时，可使可动叉指电容相对于固定叉指电容之间的正对面积的改变，进而电容值发生改变，具有良好的线性输出，同时，真空密封性好，可避免真空空腔内电极的引出。

【技术实现步骤摘要】
电容式压力传感器及其制备方法、压力测量装置
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种电容式压力传感器及其制备方法、压力测量装置。
技术介绍
随着传感器产业的发展，基于微电机系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)技术的传感器成为传感器行业发展的一个最重要分支。MEMS是一项用于批量制作微型结构、微传感器、微执行器、微系统以及它们的信号处理电路等的半导体技术。基于MEMS技术的压力传感器在工业生产、医疗卫生、环境监测以及科学研究等众多领域有着广泛的应用。其中，电容式压力传感器是MEMS压力传感器的一种主要类型，其根本原理是将压力变化转换为电容变化。根据电容量公式，电容式压力传感器可以分为变间距式、变面积式和变介质式三种类型。由于实现方便，变间距式的电容式压力传感器最为常见。然而，一方面，变间距式的电容式压力传感器线性度较差，另一方面，真空密封性差，真空腔内电极易引出。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种电容式压力传感器及其制备方法、压力测量装置，旨在解决现有技术中电容式压力传感器线性度较差和真空密封性差，真空腔内电极易引出的技术问题。为实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种电容式压力传感器，包括：衬底10和盖板20；衬底10包括顶层101、底层102和绝缘层103，绝缘层103位于顶层101和所述底层102之间；底层102的下表面上开设有凹槽，盖板20罩盖所述凹槽，以使所述凹槽形成真空空腔1021，以及，使所述凹槽的槽底形成压敏薄膜1022；顶层101上开设有至少一个可动叉指电容1011和至少一个固定叉指电容1012，可动叉指电容1011和固定叉指电容1012相互交错等距离排列，位于压敏薄膜1022的正上方；可动叉指电容1011通过位于其正下方的绝缘层103贴合压敏薄膜1022，以便于可动叉指电容1011跟随压敏薄膜1022振动；固定叉指电容1012正下方的绝缘层103，悬空位于底层102和固定叉指电容1012之间，以防止固定叉指电容1012跟随压敏薄膜1022振动。本专利技术实施例第二方面提供一种电容式压力传感器的制备方法，包括：按照第一预设掩模图形，刻蚀底层的下表面，在所述底层的下表面上形成形状为所述第一预设掩模图形的凹槽，所述凹槽的槽底形成压敏薄膜；按照第二预设掩模图形，刻蚀顶层，在所述顶层上形成形状为所述第二预设掩模图形的叉指电容，所述叉指电容包括至少一个可动叉指电容和至少一个固定叉指电容；将所述可动叉指电容通过位于其正下方的绝缘层贴合所述压敏薄膜，以及，将所述固定叉指电容正下方的绝缘层，悬空设置于所述底层和所述固定叉指电容之间。本专利技术实施例第三方面提供一压力测量装置，包括本专利技术实施例第一方面所述的电容式压力传感器。从上述本专利技术实施例可知，本专利技术提供的电容式压力传感器及其制备方法、压力测量装置，包括衬底和盖板，衬底包括顶层、底层和绝缘层，底层的下表面上开设有凹槽，盖板罩盖凹槽，使凹槽形成真空空腔，以及，使凹槽的槽底形成压敏薄膜，简化制作工艺，在保持良好真空密封性的同时，可避免真空空腔内电极的引出。顶层上开设有至少一个可动叉指电容和至少一个固定叉指电容，可动叉指电容和固定叉指电容相互交错等距离排列，位于压敏薄膜的正上方，可动叉指电容通过位于其正下方的绝缘层贴合压敏薄膜，固定叉指电容正下方的绝缘层悬空位于底层和固定叉指电容之间，当压敏薄膜受力发生形变时，由于可动叉指电容与压敏薄膜贴合，从而引起可动叉指电容的位置发生变化，又固定叉指电容不与压敏薄膜接触，从而固定叉指电容的位置固定不变，从而可动叉指电容相对于固定叉指电容之间的正对面积的改变，从而使可动叉指电容与固定叉指电容之间的电容值发生改变，具有良好的线性输出。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的轴测结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的一剖面轴测结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的剖面结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的俯视结构示意图；图5为本专利技术另一实施例提供的电容式压力传感器制备方法的流程示意图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“正上方”、“正下方”、“两端”、“两侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作。同时，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。请参阅图1、图2和图3，图1为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的轴测结构示意图，图2为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的一剖面轴测结构示意图，图3为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的剖面结构示意图，该电容式压力传感器包括：衬底10和盖板20。具体的，衬底10的材料为半导体材料，包括但不限于硅、锗、砷化镓等。盖板20的材料可选用pyrex7740键合玻璃。衬底10包括顶层101、底层102和绝缘层103，绝缘层103位于顶层101和底层102之间。底层102的下表面上开设有凹槽，盖板20罩盖凹槽，以使凹槽形成真空空腔1021，以及，使凹槽的槽底形成压敏薄膜1022。在底层上开设凹槽，剩余的一定深度的没有开设的底层，即凹槽的槽底，形成压敏薄膜1022，一方面在制备凹槽的同时制备了压敏薄膜1022，简化电容式压力传感器的结构，制作简单。另一方面，由于真空空腔1021腔底为压敏薄膜1022，还可避免真空空腔内电极的引出。可选的，底层102的材料可为高阻硅。更多的，在真空环境下，使盖板20罩盖该凹槽，通过阳极键合技术，将盖板20的罩盖面与底层102的下平面键合在一起，使凹槽形成真空空腔1021。进一步的，压敏薄膜1022的形状为正方形或圆形，厚度以保证压敏薄膜的最佳灵敏度为准，大约为10～30微米。本专利技术实施例中，压敏薄膜的横截面的形状以正方形为例，其中，正方形的边长约为2000～3000微米。将压敏薄膜1022横截面的形状设计为圆形或正方形，当压敏薄膜1022受到压力时，该高度对称图形可使压敏薄膜1022均匀受力，从而均匀发生形变。请参阅图4，图4为本专利技术实施例提供的电容式压力传感器的俯视结构示意图。顶层101上开设有至少一个可动叉指电容1011和至少一个固定叉指电容1012，可动叉指电容1011和固定叉指电容1012相互交错等距离排列，位于压敏薄膜1022的正上方。本专利技术实施例中，可动叉指电容1011的数量以六个为例，固定叉指电容1012的数量以四个为例。可选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括：衬底10和盖板20；衬底10包括顶层101、底层102和绝缘层103，绝缘层103位于顶层101和底层102之间；底层102的下表面上开设有凹槽，盖板20罩盖所述凹槽，以使所述凹槽形成真空空腔1021，以及，使所述凹槽的槽底形成压敏薄膜1022；顶层101上开设有至少一个可动叉指电容1011和至少一个固定叉指电容1012，可动叉指电容1011和固定叉指电容1012相互交错等距离排列，位于压敏薄膜1022的正上方；可动叉指电容1011通过位于其正下方的绝缘层103贴合压敏薄膜1022，以便于可动叉指电容1011跟随压敏薄膜1022振动；固定叉指电容1012正下方的绝缘层103，悬空位于底层102和固定叉指电容1012之间，以防止固定叉指电容1012跟随压敏薄膜1022振动。

【技术特征摘要】
1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括：衬底10和盖板20；衬底10包括顶层101、底层102和绝缘层103，绝缘层103位于顶层101和底层102之间；底层102的下表面上开设有凹槽，盖板20罩盖所述凹槽，以使所述凹槽形成真空空腔1021，以及，使所述凹槽的槽底形成压敏薄膜1022；顶层101上开设有至少一个可动叉指电容1011和至少一个固定叉指电容1012，可动叉指电容1011和固定叉指电容1012相互交错等距离排列，位于压敏薄膜1022的正上方；可动叉指电容1011通过位于其正下方的绝缘层103贴合压敏薄膜1022，以便于可动叉指电容1011跟随压敏薄膜1022振动；固定叉指电容1012正下方的绝缘层103，悬空位于底层102和固定叉指电容1012之间，以防止固定叉指电容1012跟随压敏薄膜1022振动。2.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，压敏薄膜1022与可动叉指电容1011之间的绝缘层103面积大于压敏薄膜1022与固定叉指电容1012之间的绝缘层103面积。3.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，可动叉指电容1011和固定叉指电容1012位于压敏薄膜1022正上方的中心区域内，压敏薄膜1022中心区域的面积占压敏薄膜1022总面积的16～20％。4.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，压敏薄膜1022的横截面的形状为正方形或者圆形。5.根据权利要求1所述的电容式压力传感器，其特征在于，顶层101上分别开设有多个隔离槽1013，多个隔离槽1013分别位于压敏薄膜1022四周的正上方。6.根据权利要求5所述的电容式压力传感器，其特征在于，隔离槽1013...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵湛，刘振宇，杜利东，方震，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11